以大米替代高粱酿造的芝麻风味白酒的发酵动态与微生物学分析

白酒酿造中大米替代高梁的研究表明，大米组能保持典型发酵趋势，提升乳酸乙酯（3.20 g/L）和最终产量（222.25 kg），但乙酸乙酯（2.82 g/L）较低。微生物分析发现，大米组真菌丰富度更高，尤其是毕赤酵母和酿酒酵母促进乙醇生产，而乳杆菌属中L. acetotolerans占比显著增加，A. jinshanensis和L. pontis减少。分子机制显示，L. acetotolerans具备完整淀粉降解途径，而A. jinshanensis依赖磷酸酮酯酶转向乙酸生产。动力学模拟证实原料替换对菌群结构影响有限，为多元化原料设计提供了理论依据。

周浩|徐博阳|张玲|严丽军|王瑞娟|陈安远|叶翔|郭健|陈琴|李兴江

安徽发酵食品工程技术研究中心，安徽省农产品加工重点实验室，合肥工业大学食品与生物工程学院，中国安徽省合肥市肥翠路420号，230601

摘要

在提高白酒品质和发酵效率的背景下，寻找高粱的替代品是一个重要的研究方向。本研究证明，大米可以在芝麻香型白酒的酿造中替代高粱，生产出具有典型风味的产品，且不会改变发酵趋势。使用大米制成的白酒中乳酸乙酯的含量较高（3.20 g/L vs 2.32 g/L），但乙酸乙酯的含量较低（2.82 g/L vs 3.44 g/L）。此外，大米的淀粉和还原糖含量也更高，最终产量也更高（222.25 kg vs 166.88 kg）。大米组中的真菌数量更多，尤其是Pichia kudriavzevii和Saccharomyces cerevisiae，这些真菌有助于乙醇的产生。在窖池发酵过程中，Lactobacillus acetotolerans的数量较多，而Acetilactobacillus jinshanensis和Limosilactobacillus pontis的数量较少。Lactobacillus acetotolerans具有完整的淀粉降解途径，而Acetilactobacillus jinshanensis和Limosilactobacillus pontis虽然缺乏淀粉利用能力，但具有葡萄糖吸收蛋白。A. jinshanensis的生长依赖于磷酸酮醇酶，其代谢途径偏向于乙酸的产生，这可能是导致相应乙酯种类差异的原因。实际发酵过程与动力学模拟的结果表明，原材料的替代可能不会改变细菌结构。这些发现有助于进一步了解使用大米进行白酒发酵的潜力，并为设计多种原料的发酵策略提供依据。

引言

发酵食品风味的形成是一个复杂的过程，受多种因素影响，包括原材料、微生物群落和发酵参数（Auchtung等人，2025年）。特别是原材料作为发酵的底物，在决定最终产品风味方面起着关键作用（Shi等人，2022年）。即使发酵参数（如pH值、酸度和温度）保持一致，原材料的不同仍会改变发酵过程中的微生物群落，从而直接影响最终产品的风味（Li等人，2024年）。总体而言，这些研究表明，原材料不仅是发酵的底物，还是驱动微生物动态及其相关代谢功能的动力。

白酒是一种传统的中国发酵饮料，通常通过固态发酵生产，可以使用多种谷物或单一谷物（Liu & Sun，2018年）。其中，高粱是最常用的原料（Zhao等人，2024年）。高粱富含单宁，这些单宁在发酵过程中促进酯类的形成，从而使白酒的风味更加浓郁（Xing-Lin等人，2017年）。近年来，领先的白酒生产商开始关注上游原材料的选择，通过定向采购和育种来提高风味的一致性和供应链的稳定性（Li等人，2025年）。在这种背景下，寻找替代或互补的原材料具有重要的工业意义（Arvelli等人，2024年），尤其是考虑到高粱产量和价格的波动。

尽管高粱仍然是白酒发酵的主要原料，但大米由于其在中国广泛种植和经济优势，成为了一个有前景的替代品。与高粱相比，大米含有较高的碳水化合物，但单宁、蛋白质和脂质的含量较低（Rao等人，2023年；Rhodes等人，2023年）。这些成分差异可能导致不同的发酵特性：高粱酿造的白酒酯类含量较高，而大米酿造的白酒则具有更好的淀粉转化效率（Qian等人，2024年）。然而，目前尚不清楚大米是否可以完全替代高粱用于白酒发酵，以及相关的微生物动态变化尚未得到系统研究。了解这些机制对于合理选择或混合原材料以实现所需的风味和提高生产灵活性至关重要（Gao等人，2025年）。

芝麻香型白酒是一个适合此类研究的模型，因为它通常采用单一谷物发酵工艺（Zhang等人，2020年）。本研究系统地跟踪和分析了大米与高粱在整个芝麻香型白酒发酵过程中的发酵性能。通过评估物理化学性质、风味化合物和微生物群落，进一步揭示了使用大米所带来的发酵动态。这项研究加深了人们对大米作为高粱替代品在白酒生产中应用的理解，并为基于多种原料的发酵策略设计提供了理论基础。

样本收集

本研究使用的样本来自2024年11月至12月期间在中国安徽省桐城市桐城老酒酿造有限公司采集的样品。研究了六批使用高粱和六批使用大米制成的单一谷物发酵产品。整个过程与之前的研究（Zhou等人，2025b）一致，唯一的区别在于所使用的原材料（表S1）。

物理化学性质和风味特征

物理化学性质是反映发酵过程的重要指标。研究发现，使用大米并未改变发酵的基本趋势。在堆垛发酵期间，温度从26.73±1.90°C迅速升至48.94±0.97°C，然后在窖池发酵后稳定降至28.43±0.39°C（图1A）。水分含量在堆垛发酵期间波动在52.59±1.30%至54.39±1.24%之间，在窖池发酵的0天到5天期间迅速上升后趋于稳定。

结论

使用大米并未改变整体的发酵趋势，但生产出的白酒具有典型的芝麻香味，并且由于淀粉、还原糖以及产乙醇的酵母（Pichia kudriavzevii和Saccharomyces cerevisiae>）含量较高，产量显著提高。在细菌方面，三种核心乳酸菌的数量存在差异：Lactobacillus acetotolerans在大米组中数量较多，而A. jinshanensis和L. pontis在高粱组中数量较多。

作者贡献声明

张玲：正式分析、数据整理。徐博阳：撰写初稿、可视化处理、方法设计、正式分析、数据整理。王瑞娟：正式分析、数据整理。严丽军：正式分析、数据整理。周浩：撰写初稿、可视化处理、软件应用、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理、概念构建。李兴江：撰写修订稿、验证、监督、项目管理、资金筹集。叶翔：

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

利益声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了安徽省重点科技项目（JZ2024AKKZ0348）和安徽省项目（JZ2023YDZJ0312, W2024JSKF0714）的支持。